专利名称：由高导热陶瓷制成的挤压的功能成型体的制作方法
由高导热陶瓷制成的挤压的功能成型体本发明涉及由高导热性材料制成的功能成型体，用于制造该功能成型体的方法及其用途。带有高绝缘阻抗(Isolierwiderstand)的阻抗载体(Widerstandstrager)例如由柱形的陶瓷载体(Keramiktrager)制成。在该陶瓷载体的表面上烧结/煅制(auftempern)有层状的带有一定电阻的镀层(Oberzug)。
在此，陶瓷主要由带有较小热导率(约10_25W/m*K)的含氧化铝材料制成。由高导热材料制成的带有一定设计(Design)的功能成型体(例如尺寸为30 X 30 X 250mm、用于液体冷却、带有一个或多个内管的延伸的(Ianggestreckt)散热体)还不能以商业方式获得。利用已知的便宜的方法仅可将适用于这种目的的高导热材料较差地加工成所希望的设计或根本不可加工成。例如，作为高导热性材料，氮化铝(AlN)是特别优选的。由该材料制成的陶瓷(AlN陶瓷)特别适用于功率密集型(Ieistungsintensiv)应用，例如为了将热量快速耗散。用于带有一定设计的功能成型体的挤压法迄今不可应用于氮化铝(AlN)，因为挤压物料(Strangpressmasse)通常用水调理(konditioniert)。氮化招的水解敏感性阻碍了该方法的应用，且因此使得工业生产由氮化铝制成的带有一定设计的功能成型体迄今是不可能的。在含水介质中观察到氮化铝不完全地分解为氢氧化铝和氨。因此，本发明的目的是提供适用于挤压方法的氮化铝。本发明的另一目的在于提供由氮化铝制成的、带有一定设计的挤压的功能成型体。氮化铝原则上可以以两种方式生产。用于生产氮化铝的一个途径是所谓的直接氮化。对于该合成方式，金属铝粉或氧化铝粉在> 900°C的温度与N2或NH3 —起转化成氮化铝(AlN)2A1+N2 — 2A1NA1203+2NH3 — 2A1N+3H20备选地，在> 1600°C的温度，氮化铝粉可由氧化铝、氮气或者氨和过量的碳在碳高温还原(carbothermisch)反应中合成2A1203+9C+4NH3 — 4A1N+3CH4+6C0A1203+3C+N2 — 2A1N+3C0不同于直接氮化的氮化铝，用碳高温还原生产的氮化铝水解倾向的程度更小。根据本发明，本发明所基于的目的通过这样的方式实现，即提供特别调理的氮化铝并将其用于挤压方法中。根据本发明提供使用本身已知的、用碳高温还原生产的氮化铝粉和本身已知的氮化铝-氧化钇-粒料(例如类似于EP专利EP 0 258 523B1生产的氮化铝-氧化钇-粒料，优选用碳高温还原生产的氮化铝-氧化钇-粒料)。氮化铝-氧化钇-粒料优选配有有机涂层，且具有对于目标应用足够高的氧化钇含量。带有有机涂层的氮化铝-氧化钇-粒料可例如以类似EP专利EPO 588 171 BI的方式生产。根据本发明可用的原材料也可以商业的方式获得。令人惊讶的是，根据本发明可用的氮化铝类型可与水、至少一种有机粘合剂以及任选的分散剂和油或蜡形成化学上稳定的可挤压的物料。由此，可以生产由氮化铝制成的带有一定的设计的功能成型体，例如小的实心体(Vollk0rper)，尺寸为几毫米的短圆柱空心体，然而也可制造几乎任意尺寸的长的圆形或带角的型材，例如外部尺寸约90mm且长度通常为100-400mm的型材。根据本发明提供，将用碳高温还原生产的氮化铝粉和用碳高温还原生产的氮化招-氧化乾-粒料混合(vermischen),该氮化招-氧化乾_粒料优选配有有机涂层且具有足够高的氧化钇含量。由此，在压制料 生产的开始就已经基本上防止了水解，使得非常复杂地涂覆AlN和Y2O3变得多余。依赖于所使用粒料的Y2O3含量，根据本发明提供的氮化铝类型可以20 80至80 20的比例混合，优选以50 50的比例混合。在陶瓷部分中Y2O3的总量优选为2至5%。如果需要，也可给装料(Ansatz)另外添加Y203。所使用的用碳高温还原生产的氮化铝通常具有I至10m2/g的比表面积和O. 5至5 μ m，优选I. O至2. O μ m的中值粒度d50。根据本发明提供的氮化铝类型在添加至少一种粘合剂，任选的分散剂和脱模油的情况下悬浮在水中且强烈混合。聚乙烯醇和/或纤维素类(例如Polyviol、Mowiol和/或Tylose)适合作粘合剂，数量为2至12%，优选5至10%，特别优选7至8%，基于该总体混合物计。能完全热解的试剂(例如基于聚丙烯酸酯的试剂)适合作为分散剂，数量为O. 05至0.5%，优选O. I至O. 3%，特别优选O. 12至O. 2%，基于该总体混合物计。所有促使物料从挤压机中滑出的油都适合作为油。这些助剂可以以3至10%，优选5至8%，特别优选6至7%的量使用，基于总体混合物计。悬浮所需要的水占总体混合物的O. 5至12%。然后，强烈混合的物料借助于挤压机，优选在50h内，被挤压成所期望的形状，且随后在通常用于氮化铝陶瓷的条件下烧结。从前序部分可知，根据本发明的教导涉及用于由氮化铝陶瓷生产功能成型体的方法，其中>紧密混合用碳高温还原生产的氮化铝粉和氮化铝-氧化钇-粒料、至少一种粘合剂和任选的分散剂和/或油或蜡的含水混合物，该混合物在挤压机中被挤压成功能成型体生坯(毛坯)，且该毛坯在通常用于氮化铝陶瓷的条件下烧结。对于根据本发明的方法，在此优选的是>所使用的氮化铝-氧化钇-粒料用碳高温还原生产；>氮化铝-氧化钇-粒料配有有机涂层；>将用碳高温还原生产的氮化铝粉和氮化铝-氧化钇-粒料以20 80至80 20，优选以50 50的比例混合；>在陶瓷部分中Y2O3的总量优选为2至5% ;>所使用的用碳高温还原生产的氮化铝具有I至10m2/g的比表面积和O. 5至5 μ m,优选I. O至2. O μ m的中值粒度d5。；>所述粘合剂选自聚乙烯醇和/或纤维素类，例如Polyviol、Mowiol和/或Tylose，数量为2至12%，优选5至10%，特别优选7至8%，基于总体混合物计；>将能完全热解的试剂(例如基于聚丙烯酸酯的试剂)用作分散剂，数量为O. 05至O. 5%，优选为O. I至O. 3%，特别优选为O. 12至O. 2%，基于总体混合物计； >使用促使物料从挤压机中滑出的油，其数量为3至10%，优选5至8%，特别优选6至7%，基于该总体混合物计；>对于悬浮所需要的水占总体混合物的O. 5至12%。此外，根据本发明的教导涉及能根据本发明的方法生产的得自氮化铝陶瓷的功能成型体，以及根据本发明的功能成型体作为用于发光二级管的载体，作为电阻管(Widerstandsr0hrchen)，用于构造供发光二极管用的散热体或者作为冷却器，尤其作为液体冷却器(Fliissigkiihler)的应用。下面的实施例意在进一步解释本发明而非对其限制。实施例I (根据本发明):将50%用碳高温还原生产的AlN粉和50% AlN-粒料(由用碳高温还原生产的AlN 4.8%的Y2O3制成)混合。此后添加6. O %的油、O. 12 %的分散剂、I. 3 %的水和7.6%的有机粘合剂并强烈混合。该装料被挤压成如下带有一定设计的由氮化铝制成的功能成型 体。I. I挤压出横截面为30X30mm且带有宽度为12mm的圆形凹陷(Aussparung)的毛坯，将毛坯切割成300mm的单件，干燥并在1800°C下在氮气下在石墨炉中烧结。烧结体(Sinterk0rper)的密度为3. 29g/cm3且热导率为180W/m*K。烧结体在至少一面上抛光，且以金衆(Goldpaste)镀覆用于与LED接触的电路图(Leiterbahnlayout)。这种功能成型体例如用作发光二级管的载体。I. 2挤压出横截面为3mm的圆形毛还，其带有宽度为I. 5mm的凹陷。由此切割成长度为IOmm的单件，干燥并在1800°C下在氮气下在石墨炉中烧结。这种功能成型体例如用作电阻管。I. 3挤压出形状为带有鳍片(Finnen)(EB)的散热体的毛还。尺寸为40X40mm。将毛坯切割成60mm长度。如上干燥和烧结。通过抛光使平坦侧平整。这种功能成型体例如用于构造供发光二级管用的散热体。I. 4由根据本发明准备的AlN装料挤压出基体(Grundk0rper)，该基体构造成与“排H(Pan-Flote)或带有等长管道的小管风琴一样。将该基体干燥并在1800°C下在氮气下在石墨炉中烧结。借助配备在管道端部的相应的装置，该基体可例如用作冷却器，尤其用作液体冷却器。实施例2 (非根据本发明)将100%直接氮化的d5Q = 2. I μπι的AlN粉与6.0%的油、O. 12%的分散剂、I. 3%的水和7. 6%的有机粘合剂混合并强烈掺混。挤压该装料。该装料经硬化，闻起来有明显的氨味。因为挤压机在挤出几毫米之后被堵塞，所以不能在挤压机中挤压。
权利要求
1.用于由氮化铝陶瓷生产功能成型体的方法，其特征在于，将用碳高温还原生产的氮化铝粉和氮化铝-氧化钇-粒料、至少一种粘合剂和任选的分散剂和/或油或蜡的含水混合物紧密混合，所述混合物在挤压机中被挤压成功能成型体生坯(毛坯)，且所述毛坯在通常用于氮化铝陶瓷的条件下烧结。
2.根据权利要求I所述的用于由氮化铝陶瓷生产功能成型体的方法，其特征在于，所使用的氮化铝-氧化钇-粒料用碳高温还原生产。
3.根据权利要求I或2所述的用于由氮化铝陶瓷生产功能成型体的方法，其特征在于，所述氮化铝-氧化钇-粒料配有有机涂层。
4.根据前述权利要求中一项或多项所述的用于由氮化铝陶瓷生产功能成型体的方法，其特征在于，将所述用碳高温还原生产的氮化铝粉和所述氮化铝-氧化钇-粒料以20 80至80 20的比例，优选以50 50的比例混合。
5.根据前述权利要求中一项或多项所述的用于由氮化铝陶瓷生产功能成型体的方法，其特征在于，在陶瓷部分中Y2O3的总量优选为2至5%。
6.根据前述权利要求中一项或多项所述的用于由氮化铝陶瓷生产功能成型体的方法，其特征在于，所使用的用碳高温还原生产的氮化铝具有I至10m2/g的比表面积和0. 5至5V- m,优选I. 0至2. 0 ii m的中值粒度d5。。
7.根据前述权利要求中一项或多项所述的用于由氮化铝陶瓷生产功能成型体的方法，其特征在于，所选粘合剂选自聚乙烯醇和/或纤维素类，例如Polyviol, Mowiol和/或Tylose，数量为2至12%，优选5至10%，特别优选7至8%，基于总体混合物计。
8.根据前述权利要求中一项或多项所述的用于由氮化铝陶瓷生产功能成型体的方法，其特征在于，将能完全热解的试剂，例如基于聚丙烯酸酯的能完全热解的试剂，用作分散齐U，其数量为0. 05至0. 5 %，优选0. I至0. 3 %，特别优选0. 12至0. 2 %，基于总体混合物计。
9.根据前述权利要求中一项或多项所述的用于由氮化铝陶瓷生产功能成型体的方法，其特征在于，使用促使物料从挤压机中滑出的油，其数量为3至10%，优选5至8%，特别优选6至7%，基于总体混合物计。
10.根据前述权利要求中一项或多项所述的用于由氮化铝陶瓷生产功能成型体的方法，其特征在于，对于悬浮所需要的水占总体混合物的0. 5至12%。
11.能根据权利要求I至5中一项或多项制造的由氮化铝陶瓷制成的功能成型体。
12.根据权利要求6的功能成型体作为用于发光二级管的载体，作为电阻管，用于构造供发光二级管用的散热体或作为冷却器，尤其作为液体冷却器的用途。
全文摘要
本发明涉及一种由高导热性材料，即氮化铝制成的功能成型体通过挤压(Strangpressen)制造该功能成型体的方法及其用途。
文档编号C04B35/581GK102725247SQ201080054835
公开日2012年10月10日 申请日期2010年12月2日 优先权日2009年12月2日
发明者A·多恩, A·舍勒, A·蒂姆, G·京特纳 申请人:陶瓷技术有限责任公司